04/02/2015

Galaxies : Un lien entre trou noir supermassif et halo de matière noire ?

Existe-t-il un lien entre les trous noirs supermassifs des galaxies et le halo de matière noire supposé baigner ces mêmes galaxies ? Une petite équipe d'astrophysiciens libanais tente d'apporter une réponse à cette question très intéressante...


Vue d'artiste du halo sphérique de matière noire
devant entourer les galaxies (ESO)
Pour établir une éventuelle connexion entre la masse du trou noir supermassif situé au cœur d'une galaxie, et la masse du halo de matière noire, il faut trouver un point d'entrée observationnel. La propriété galactique qu'ont sélectionnée Bassem Sabra et ses collègues dans cet objectif est la vitesse circulaire maximale de la galaxie. Plus précisément, ils ont étudié la relation qui peut exister entre la valeur de la masse du trou noir supermassif et la valeur de la vitesse circulaire maximale. L'astuce réside dans le fait que cette valeur de vitesse de rotation doit dépendre de la masse de matière noire présente dans le halo galactique, c'est la seule hypothèse que considèrent les astrophysiciens libanais. Donc, si une corrélation existe entre la masse du trou noir et cette vitesse de rotation, cela implique également l'existence d'une corrélation entre la masse du trou noir supermassif et la masse de matière noire...
Dans leur étude à paraître dans the Astrophysical Journal, les chercheurs se sont intéressés à de nombreuses  galaxies de tous types, la seule nécessité était qu'elles devaient avoir une mesure directe de la masse de leur trou noir supermassif, ainsi qu'une mesure directe de la vitesse circulaire et de la vitesse de dispersion des étoiles. D'autres analyses de ce types ont été effectuées dans le passé, mais en utilisant une méthode plus indirecte, en étudiant la corrélation existante entre vitesse circulaire et vitesse de dispersion dans le bulbe galactique, avec une hypothèse sur la relation entre vitesse de dispersion dans le bulbe et masse du trou noir supermassif. 
Les astrophysiciens libanais estiment qu'une mesure directe de la masse du trou noir supermassif est bien plus préférable pour déterminer une corrélation, car plus directe, sans hypothèse intermédiaire.

L'échantillon de galaxies initial exploité, offrant les mesures nécessaires à l'analyse (masse du trou noir déterminée par des mesures dynamiques et vitesse circulaire ou vitesse de dispersion) se composait de 376 galaxies. Après une sélection drastique des meilleures candidates permettant les incertitudes les moins fortes, il n'en restait plus 89.
Les masses des trous noirs utilisés dans l'échantillon s'étalent entre 1,1 million de masses solaires (dans une galaxie nommée Cirinus), pour le plus maigre, jusqu'à 17 milliards de masses solaire (dans NGC 1277) pour le plus lourd... C'est dire si cet échantillon couvre toute la famille des trous noirs supermassifs.

Vue d'artiste d'un trou noir supermassif (NASA)
Vous vous demandez ce que ces chercheurs trouvent ? Je vais vous le dire : ils trouvent qu'il n'existe pas de corrélation (ou bien elle est très très faible) entre la masse du trou noir supermassif central d'une galaxie et la masse de son halo de matière noire. Il faut préciser que cette étude porte uniquement sur des galaxies relativement proches de nous, c'est à dire situées dans l'univers actuel.  Cette précaution sur l'aspect temporel est importante car des études effectuées en 2011 ont montré que dans l'Univers jeune (lointain), une telle corrélation devait être importante.
Il reste néanmoins une population de galaxies qui défie cette analyse, c'est celle des galaxies spirales sans bulbe possédant un trou noir supermassif, pour lesquelles on ne peut pas étudier une éventuelle corrélation par cette méthode de la vitesse circulaire ou de la vitesse de dispersion stellaire...

Les auteurs concluent leur article en évoquant ce à quoi on semble avoir échapper : le fait que si une telle corrélation entre masse de trou noir supermassif et masse de halo de matière noire devait persister dans l'Univers actuel, cela impliquerait l'existence de trous noirs hypermassifs au cœur des halos de matière noire des amas de galaxies. Ces monstres s'éloignent donc un peu de notre perspective.


Source : 
The Blackhole-Dark Matter Halo Connection
B. Sabra et al.
à paraître dans the Astrophysical Journal

2 commentaires :

saroulacombe a dit…

Bonjour, cette étude est intéressante mais ne répond pas à une question qui me semble pertinente, à savoir les trous noirs se nourrissent de la matière les environnants, hors s'ils détruisent la masse donnant la gravité suffisante pour maintenir les galaxies en formes, comment celles ci restent intact, si la matière noire ne compense pas les déjeuners des trous noirs, comment la gravité continue à agir avec la même force,je ne suis pas scientifique et énonce peut être une ineptie mais je n'ai trouvé aucuns sujets relatif a cette question, je remercies d'avance tous doctes ayant une réponse à me donner

Dr Eric SIMON a dit…

Merci pour cette question, je vais essayer d'y apporter une réponse la plus claire possible. Les trous noirs supermassifs qui se trouvent au centre des galaxies acquièrent de la masse en "avalant" de la matière (gaz principalement, ainsi que matière noire). La masse totale d'une galaxie atteint facilement les 1000 milliards de masses solaires. Le trou noir supermassif le plus lourd jamais observé fait 17 milliards de masses solaires. Toute la masse qui tombe dans le trou noir s'ajoute à la masse du trou. La masse d'un trou noir supermassif est ridicule face à la masse totale d'une galaxie. D'une part la masse absorbée n'est pas détruite par le trou noir (l'effet gravitationnel du trou noir augmente), mais en plus, le trou n'absorbe qu'une quantité infime de la matière d'une galaxie.